一、設計思想
燃氣渦輪發動機試驗臺系統由三部分組成，分別為燃氣輪機試驗臺數據監測系統、水力測功機測量控制系統、燃氣輪機外圍輔助設備。 燃氣渦輪發動機試驗臺數據監測系統負責燃氣輪機本體及臺架外系統參數的顯示和數據存儲。兩個系統彼此獨立運作，但數據互通，并做有冗余設計。每個系統又分為兩部分，分別是硬件部分和軟件部分。硬件部分主體為電腦，通過電腦搭載的軟件系統來實現傳統儀器儀表使用硬件實現的各種功能，從而減少了硬件數量，提高了系統性能的穩定性和可靠性；軟件部分主體為虛擬儀器平臺，它集成了各類虛擬儀器的主要功用，如數據采集、數據分析、硬件控制等，加上可以自主編程的人機操作界面，達到了使數據采集系統使用更為便捷的目的，同時大大減小了儀器儀表的開發費用。
水力測功機測量控制系統負責水力測功器參數的顯示和控制，并將采集到的信息傳輸給燃氣輪機試驗臺數據監測系統；
燃氣輪機外圍輔助系統保障燃氣輪機正常運行。
二、方案概述
2.1 燃氣輪機外圍輔助系統及其監測方案
燃氣輪機試驗臺是一項復雜的工程，其不僅需要燃氣輪機及各試驗參試設備全部妥善安裝，更離不開各燃氣輪機試驗臺外系統的支持。一個完備的燃氣輪機試驗臺至少應具備的外系統及其測點布置列舉如下：
2.1.1、燃油系統。燃油系統負責供給燃氣輪機運行所需的燃油；燃油系統前端連接燃油箱，燃油進入燃油系統后，先經過粗濾器，過濾油中雜質，再經過燃油增壓泵增加， 最終經燃油精濾器精濾后，直接連接燃氣輪機燃油系統，在各個燃氣輪機運行工況供給燃油。燃油系統通過裝在回油管路上的調節閥控制輸入燃氣輪機燃油的流量。數據監測系統需要監測燃油系統輸入燃氣輪機燃油系統燃油的壓力、溫度、流量等參數。
2.1.2、滑油系統。滑油系統負責供給燃氣輪機轉軸潤滑的潤滑油；燃氣輪機能否可靠工作在很大程度上取決于滑油系統的狀態。燃氣輪機運行時，各結合面必須供給滑油以減少結合面的摩擦和磨損，防止其出現腐蝕、表面硬化甚至零部件脫落現象。此外，潤滑油還可以帶走部分高溫件產熱、摩擦產熱、結合面間硬夾雜物等，也可作為某些自動 裝置的工作液體。由于消耗量小，滑油系統大多都做成循環式的，滑油從滑油箱中流入燃氣輪機滑油系統，并接收工作過的滑油，將其經過過濾、換熱后重新返回滑油箱。滑 油系統通過裝在冷卻水系統上的調節閥控制滑油回油溫度，當滑油箱溫度過低時，可以通過滑油加熱系統對滑油進行加熱。數據監測系統需要監測滑油箱溫度、液位和進出口滑油壓力、溫度等。
2.1.3、壓縮空氣系統。壓縮空氣系統負責供給燃氣輪機氣動控制、噴油嘴供氣等所需的壓縮空氣；場地上，壓縮空氣直接從空壓站引出，數據監測系統需監測壓縮空氣總管壓力。
2.1.4、水系統。水系統負責水力測功器（功率輸出端）的水供應和潤滑油的冷卻。各系統用水直接從進水母管引出，故數據監測系統僅需監水系統中進水母管壓力。
2.1.5、進排氣系統。進氣系統負責給低壓壓氣機輸送空氣，排氣系統負責排放燃氣輪機運行產生的廢氣。由于直接輸入氣體進入燃氣輪機，進氣系統是燃氣輪機試驗臺檢查 要求最高的外系統。必須定期進行檢查，確保各進氣室、水平進氣轉接段、上進氣轉接段無異物，各進氣濾器、防護網完好。排氣系統要注意排放廢氣的指標，確保其不超過 相關的環保標準。數據監測系統需監測進氣總壓、進氣靜壓、進氣溫度、排氣總壓、排氣溫度等參數。
2.1.6、視頻監控系統
2.1.7、消防系統
2.1.8、燃氣輪機試驗臺數據監測系統
由于需監測的信號點較多，為便于設計者的程序維護、線路布置和維護人員的檢修，計劃在燃氣輪機試驗臺旁設計數據采集箱，數據采集箱內裝有數據采集單元和數據采集 站。數據采集單元負責給各傳感器供電，并接收各傳感器信號。數據采集站整合現場采 集到的數據整合進入數據采集箱，最終匯入上位機并由軟件讀取，組成完整的燃氣輪機 試驗臺數據監測系統。
2.1.9、水力測功機測量控制系統
水力測功機是燃氣輪機試驗重要的一環，本次水力測功器測量控制系統中所配合使用的水力測功器為上海啟策公司生產的水力測功器，在測功器本體上設有滑油站、扭矩測量設備等。 其配套的測量控制系統主要包含以下幾部分：
① 數據監測：采集測功器正常運行所需的各種數據，如進出水溫度、進水壓力、滑油壓力等，當有監測數據超限時及時報警。
② 進出水閥：采集進出水閥閥位信號及其運行狀態，當閥卡塞或達到最大最小閥位 時報警；對閥位的控制方面，運行人員可采用旋轉編碼器對進出水閥進行手動控制，也可使用由計算機控制。
③ 扭矩測量：傳感器位于水力測功器腔室內，測量控制系統接收實時扭矩值并計算功率。
④轉速測量：傳感器位于水力測功器軸末端，測量控制系統接收實時轉速值并計算功率。
⑤ 校準模塊：可使用系統自帶的校準模塊進行校準。校準時，先確定零位，再使用測力環增大測功器扭矩并度數，再輸入至校準模塊中即可。
三、系統性分析
① 可靠性設計
硬件方面，本次數據采集系統設計在現場單獨設計了數據采集站，整合了場地采集的信號，在滿足設計要求的前提下燃氣輪機試驗臺數據采集系統，大大簡化了線路數量， 也就提高了可靠性；軟件方面，數據采集系統軟件使用了兩臺主/備服務站，連入同局域網中互為備份，只要其中任意一臺正常工作，系統可以正常運作且數據傳輸完整。
② 測試性設計
在燃氣輪機試驗臺進行試驗前靜態調試時，可給數據采集系統供電進行檢查。程序中會顯示和水力測功器測量控制系統與場地數據采集站的連接狀態，實現自檢測，并可以通過進出水閥旋鈕對進出水閥遠控狀態進行調試。
③ 安全性設計
燃氣輪機試驗臺數據采集系統設計了故障檢測系統，對信號輸入異常、信號超差等 狀態進行檢測并報警，及時提醒運行人員確認，保障燃氣輪機運行安全；水力測功器測量控制系統設計了進出水閥鎖定系統，當有信號異常或掉電現象發生時，進出水閥會維持當前閥位并報警，確保不會因為水力測功器運行狀態異常導致燃氣輪機不安全狀態的發生。
④ 維修性設計
在依照設計原則與需求的前提下，本次設計盡量減少了轉接頭布置，并大量采用了電連接器設計，具備防插錯功能；傳感器均以系統為單位統一安裝，提高了傳感器檢定、 故障檢查的便利性；同時進行了標準化設計，在用的數個燃氣輪機試驗臺均采用同類傳感器、相同電氣接口和相同采集通道順序，保證了在系統出現嚴重故障時，除進行模塊 更換檢查外，也可通過整體更換的方式進行快速維修，確保燃氣輪機試驗臺數據采集系統整體維修的簡易、快捷。
⑤ 綜合保障性設計
本次設計中，各系統實現了通用化，各模塊均可互換；同時采用備用模塊設計，降低了運行人員在運行檢查和維修時的技術要求。
⑥環境適應性設計
滑油系統中設計了加熱模塊，當滑油因溫度低導致流動不暢時可進行加熱；各數據采集柜所使用的模塊可以在 0~60 攝氏度下工作，滿足臺架要求。
四、試驗臺系統圖及主要測量點
- 大氣壓力
- 大氣溫度
- 大氣濕度
- 燃機進口壓降
- 燃機排氣壓降
- 燃機排氣溫度
- 測功器轉速
- 測功器扭矩
- 測功器功率
- 燃料流量
- 燃料壓力
- 燃料溫度
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